DE102018212691A1

DE102018212691A1 - Kraftfahrzeug mit Elektroantrieb und Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102018212691A1
Application number: DE102018212691.7A
Authority: DE
Inventors: Hans-Ulrich Steurer; Thomas Strauss
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2018-07-30
Filing date: 2018-07-30
Publication date: 2020-01-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Elektroantrieb (10) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, der einen Elektromotor (12), einen elektrischen Energiespeicher (14), und eine Leistungselektronik (16) aufweist, über welche der Elektromotor (12) mit elektrischer Energie versorgt wird, mit einer Brennkraftmaschine (18), die eine Ladeeinrichtung (20) für die Brennkraftmaschine (18) zur Verdichtung von Frischluft, die der Brennkraftmaschine (18) zugeführt wird, beispielsweise einen Turbolader, und einen Ladeluftkühler (22) zur Kühlung der verdichteten Frischluft aufweist, mit mindestens zwei Kühlmittelkreisläufen (23), und einem Kältemittelkreislauf (30), der einen Kompressor (32), einen Kondensator (34), einen Verdampfer (36) und mindestens einen Chiller (38) aufweist, über welchen zumindest einer der Kühlmittelkreisläufe (23) gekühlt werden kann.Um die Kosten zu reduzieren, wird vorgeschlagen, dass mindestens einer der Kühlmittelkreisläufe (23) mit mindestens zwei Abwärme produzierenden Elementen des Kraftfahrzeugs zur Kühlung der jeweiligen Elemente thermisch gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Elektroantrieb und einer Brennkraftmaschine, insbesondere gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Kraftfahrzeuge weisen den Elektroantrieb zum Antrieb des Kraftfahrzeugs auf, der einen Elektromotor, einen elektrischen Energiespeicher und eine Leistungselektronik aufweist, über welche der Elektromotor mit Energie versorgt wird. Des Weiteren weisen solche Kraftfahrzeuge eine Brennkraftmaschine auf und vorzugsweise eine Ladeeinrichtung für die Brennkraftmaschine zur Verdichtung von Frischluft, die der Brennkraftmaschine zugefügt wird, beispielsweise einen Turbolader und einen Ladeluftkühler zur Kühlung der verdichteten Frischluft. Die Brennkraftmaschine wird dabei entweder ebenfalls zum Antreiben des Kraftfahrzeugs oder als sogenannter Range extender. Bei solchen Fahrzeugen ist die Verwendung der vorhandenen Ressourcen und Energieströme in Blick auf die Reichweite sehr wichtig. Deshalb gilt es anfallende Wärme möglichst für weitere Belange nutzbar zu machen, bevor diese an die Umgebung verloren geht. Daher ist die Anzahl der Kühlungsaufgaben bzw. des Wärmetransports sehr umfangreich. Es gibt sehr viele Bauteile die eine aktive Kühlung mittels Luft, Kühl oder Kältemitteln erfordern. Durch die hohe Anzahl an Wärmeübertragern oder Kühlungseinrichtungen sind die Platzverhältnisse im Fahrzeug sehr beengt.
Üblicherweise wird bei solchen Kraftfahrzeugen mit Elektroantrieb und Brennkraftmaschine auf vorhandene Kühlungsarchitekturen zurückgegriffen, da diese in der Regel bereits existieren und somit eine schnelle und einfache Lösung darstellen. Dabei sind üblicherweise mehrere Kühlmittelkreisläufe und ein Kältemittelkreislauf vorgesehen, der einen Kompressor, einen Kondensator, einen Verdampfer und mindestens einen Chiller aufweist, über welchen zumindest einer der Kühlkreisläufe gekühlt werden kann. Dies führt dazu, dass eine hohe Anzahl an Wärmeübertragern notwendig ist, die viel Bauraum benötigen und Kosten verursachen.
Der vorliegenden Erfindung lieg der Aufgabe zu Grunde eine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, die sich insbesondere durch ein verbessertes Thermomanagement, insbesondere durch Reduktion des Wärmeverlusts an die Umgebung und Vereinfachung der Kühlkreisläufe.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung basiert auf der grundlegenden Erkenntnis, dass mit einem einzelnen Kühlmittelkreislauf mehr als ein einzelnes Abwärme produzierendes Element des Kraftfahrzeugs gekühlt werden kann, auch wenn die Temperaturanforderungen der zu kühlenden Abwärme produzierenden Elemente sich unterscheiden. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass mindestens einer der Kühlmittelkreisläufe mit mindestens zwei Abwärme produzierenden Elementen des Kraftfahrzeugs zur Kühlung der jeweiligen Elemente thermisch gekoppelt ist. Dadurch kann die Anzahl der insgesamt benötigten Kühlmittelkreisläufe reduziert werden, wodurch Ausgleichsbehälter und auch Wärmetauscher, über welche die Kühlmittelkreisläufe die Wärme an die Umgebung abgeben, eingespart werden können. Dadurch kann ein Bauraum- und Kostenvorteil erzielt werden.
In der Beschreibung und die beigefügten Ansprüchen wird unter einem Chiller ein Wärmetauscher zwischen Kältemittel, insbesondere verdampfendem Kältemittel, und Kühlmittel verstanden.
In der Beschreibung und die beigefügten Ansprüche wird unter einem Kältemittel ein Medium verstanden, dass in einem Kältemittelkreislauf zur Umsetzung einer Wärmepumpe genutzt wird. Das Kältemittel wechselt dabei üblicherweise den Aggregatzustand zwischen flüssig und gasförmig, um Wärme von einem niedrigen Temperaturniveau auf ein höheres Temperaturniveau zu pumpen.
In der Beschreibung und der beigefügten Ansprüche wird unter einem Kühlmittel eine Flüssigkeit verstanden, mittels welcher durch Konvektion Wärme transportiert werden kann.
Eine günstige Möglichkeit sieht vor, dass mindestens drei Kühlmittelkreisläufe mit mindestens jeweils zwei Elementen des Kraftfahrzeugs zur Kühlung der jeweiligen Elemente thermisch gekoppelt sind. Dadurch können noch weitere Kühlmittelkreisläufe eingespart werden, sodass die Anzahl der benötigten Wärmetauscher reduziert und somit Kosten eingespart werden können.
Eine weitere günstige Möglichkeit sieht vor, dass das Kraftfahrzeug einen Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf aufweist, dass der Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf zur Kühlung der Brennkraftmaschine mit der Brennkraftmaschine thermisch gekoppelt ist, und dass der Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf zur Kühlung des Elektromotors mit dem Elektromotor thermisch gekoppelt ist. Somit sind also die Brennkraftmaschine und der Elektromotor über einen gemeinsamen Kühlmittelkreislauf, nämlich den Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf, gekühlt. Durch die gemeinsame Kühlung der Brennkraftmaschine und des Elektromotors über den Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf kann somit eine kostengünstige und effektive Kühlung erzielt werden.
Eine weitere günstige Möglichkeit sieht vor, dass der Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf einen Hochtemperaturkühlmittelkühler aufweist, über welchen Wärme von dem Kühlmittel im Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf auf Luft übertragen werden kann. Dadurch kann der Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf die von der Brennkraftmaschine und dem Elektromotor produzierte Abwärme aus dem Kraftfahrzeug führen.
Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass das Kraftfahrzeug einen Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf aufweist, dass der Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf zur Kühlung des Kondensators mit dem Kondensator thermisch gekoppelt ist, und dass der Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf zur Kühlung des Ladeluftkühlers mit dem Ladeluftkühler thermisch gekoppelt ist. Das bedeutet, dass sowohl der Kondensator des Kältemittelkreislaufes als auch der Ladeluftkühler gemeinsam über dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf gekühlt werden. Dadurch dass der Kondensator des Kältemittelkreislaufes über den Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf gekühlt wird, muss der Kondensator nicht als Kältemittelluftwärmetauscher ausgebildet werden, sodass eine deutlich kompaktere Bauart des Kondensators möglich ist. In Kombination mit der zusätzlichen Einbindung des Ladeluftkühlers in den Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf kann dennoch die benötigte Anzahl an Wärmetauschern und Kühlmittelkreisläufen reduziert werden.
Je nach Kühlleistungsbedarf am Ladeluftkühler kann der Ladeluftkühler bezogen auf den Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf parallel oder in Reihe zu dem Kondensator geschalten sein. Bei Kühlleistung unterhalb von 5 kW am Ladeluftkühler kann eine Reinschaltung von Ladeluftkühler und Kondensator ermöglicht werden. Bei Kühlleistungen am Ladeluftkühler von über 5 kW ist eine parallel Schaltung des Ladeluftkühlers und des Kondensators zu bevorzugen, um eine ausreichende Kühlung der Ladeluft zu ermöglichen.
Eine zweckmäßige Variante sieht vor, dass der Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf einen Mitteltemperaturkühlmittelkühler aufweist, über welchen Wärme von dem Kühlmittel in den Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf auf Luft übertrage werden kann. Dadurch kann die Wärme, die der Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf am Ladeluftkühler und am Kondensator aufgenommen hat über die Luft aus dem Kraftfahrzeug geführt werden.
Eine weitere zweckmäßige Variante sieht vor, dass in den Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf ein Chiller eingebunden ist, mit welchem Wärme von dem Kühlmittel in den Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf auf das Kältemittel übertragen werden kann. Die Verwendung eines solchen Chillers ist dann von Vorteil, wenn die Ladeluft unter die Außentemperaturen abgekühlt werden soll. Durch die reine konvektive Kühlung mittels des Kühlmittelkreislaufes kann eine Kühlung der Ladeluft unter die Außentemperatur nicht ermöglicht werden. Mit Hilfe des Chillers, der ein Teil der Wärmepumpe des Kältemittelkreislaufes darstellt, kann allerdings eine Abkühlung unterhalb der Außentemperatur ermöglicht werden. Durch die Abkühlung der Ladeluft unter die Umgebungstemperatur kann eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine erzielt werden. Damit ist eine Verschiebung der Verbrennungsschwerpunktlage zu niedrigeren Zündwinkeln möglich, sodass die Brennkraftmaschine effizienter arbeiten kann.
Es versteht sich, dass der Chiller auf den Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf stromauf des Ladeluftkühlers angeordnet ist, sodass das Kühlmittel das in den Ladeluftkühler einströmt, kälter als die Umgebung sein kann.
Eine vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass das Kraftfahrzeug einen Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf aufweist, dass der Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf zur Kühlung des elektrischen Energiespeichers thermisch mit dem elektrischen Energiespeicher gekoppelt ist, und dass der Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf zur Kühlung der Leistungselektronik stromab des elektrischen Energiespeichers thermisch mit der Leistungselektronik gekoppelt ist. Somit sind auch in den Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf zwei Abwärme produzierende Elemente des Kraftfahrzeugs eingebunden. Da die Leistungselektronik eine höhere zulässige Kühlmitteltemperatur erlaubt, als der elektrische Energiespeicher, ist eine Reinschaltung, bei welcher die Leistungselektronik stromab des elektrischen Energiespeichers angeordnet ist, besonders effizient.
Günstig ist es, wenn in dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf ein Chiller eingebunden ist, in welchem Wärme von dem Kühlmittel in dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf auf das Kältemittel übertragen werden kann. Dadurch kann das Kühlmittel in dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf unter die Außentemperatur abgekühlt werden. Dies ist insbesondere für die Kühlung des elektrischen Energiespeichers günstig, da dieser verglichen mit der Brennkraftmaschine einen geringeren zulässigen Einsatztemperaturbereich aufweist.
Eine bevorzugte Variante sieht vor, dass der Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf einen Niedertemperaturkühlmittelkühler aufweist, über welchen Wärme von dem Kühlmittel in dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf auf Luft übertragen werden kann. Somit kann auch mittels des Niedertemperatur-Kühlmittelkreislaufes Wärme an die Umgebung abgegeben werden. Insbesondere kann somit das Kühlmittel in dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf zunächst mittels des Niedertemperaturkühlmittelkühlers ungefähr auf Umgebungstemperatur abgekühlt werden und daraufhin in dem Chiller noch weiter abgekühlt werden. Durch dieses zweistufige Kühlsystem kann eine bessere Effizienz erreicht werden.
Eine weitere bevorzugte Lösung sieht vor, dass das Kraftfahrzeug mindestens eine steuerbare Fluidverbindung zwischen dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf und dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf aufweist. Diese steuerbare Fluidverbindung zwischen den Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf und dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf ermöglicht weitere Einsparungen einzelner Komponenten des Kraftfahrzeugkühlsystems.
Eine weitere besonders bevorzugte Lösung sieht vor, dass das Kraftfahrzeug für den Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf und den Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf einen gemeinsamen Kühlmittelkühler aufweist. Durch die Verwendung eines gemeinsamen Kühlmittelkühlers für den Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf und für den Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf kann ein Kühlmittelkühler eingespart werden. Diese Kühlmittelkühler sind Flüssigkeitsluftwärmetauscher, welche üblicherweise viel Platz benötigen, sodass die Einsparung eines solchen Kühlmittelkühlers eine große Platzersparnis bedeutet.
Die vorstehend beschriebene steuerbare Fluidverbindung ermöglicht es dabei, das Kühlmittel aus dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf bedarfsgerecht durch den gemeinsamen Kühlmittelkühler geleitet wird oder durch einen Bypass im Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf, der den Mitteltemperaturkühlmittelkühler umgeht. Wenn das Kühlmittel im Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf eine deutlich geringere Temperatur aufweist, als das Kühlmittel in dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf, ist das gemeinsame Nutzen des Mitteltemperaturkühlmittelkühlers möglicherweise nicht effizient, sodass das Kühlmittel aus dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf durch den Bypass geleitet wird. Falls jedoch das Kühlmittel in dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf durch die Batterie und die Leistungselektronik soweit aufgeheizt wird, dass die Temperaturen des Kühlmittels in dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf und des Kühlmittels in dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf ähnlich sind, kann das Kühlmittel aus dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf und das Kühlmittel aus des Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf gemeinsam durch den Mitteltemperaturkühlmittelkühler geführt werden.
Eine vorteilhafte Variante sieht vor, dass das Kraftfahrzeug eine steuerbare Fluidverbindung von dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf zu dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf stromab des Mitteltemperaturkühlmittelkühlers und eine steuerbare Fluidverbindung von dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf zu dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf stromab des Mitteltemperaturkühlmittelkühlers aufweist, sodass das Kühlmittel aus dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf Wärme über den Mitteltemperaturkühlmittelkühler abgeben kann. Dadurch ist einen Volumenausgleich des Kühlmittels ermöglicht. Mit anderen Worten, es wird ermöglicht, dass das Kühlmittel aus dem Mitteltemperaturkühlmittelkühler sowohl in den Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf als auch wieder zurück in den Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf fließen kann, sodass Zu- und Rückflüsse von Kühlmittel aus dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf in den Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf sich ausgleichen können.
Eine weitere vorteilhafte Variante sieht vor, dass das Kraftfahrzeug für den Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf und für den Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf einen gemeinsamen Chiller aufweist. Der gemeinsame Chiller ist dabei vorzugsweise der Chiller des Niedertemperatur-Kühlmittelkreislaufes. Falls an dem Ladeluftkühler eine stärkere Kühlung benötigt wird, als über den Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf alleine möglich wäre, kann das Kühlmittel in dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf mit Hilfe des Chillers des Niedertemperatur-Kühlmittelkreislaufes weiter abgekühlt werden. Somit kann ein möglicherweise vorhandener Leistungsüberschuss am Kältemittelverdichter ausgenutzt werden, um die Ladeluft weiter zu Kühlen. Üblicherweise treten Phasen, in denen eine starke Kühlung der Ladeluft notwendig ist nur kurzzeitig auf, sodass durch die große thermische Maße des Gesamtsystems die Temperaturänderung nur träge erfolgt, womit die kurzzeitigen Lastspitzen gepuffert werden können.
Eine weitere vorteilhafte Variante sieht vor, dass das Kraftfahrzeug eine steuerbare Fluidverbindung von dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf zu dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf stromauf des gemeinsamen Chillers und eine steuerbare Fluidverbindung von dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf zu dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf stromab des gemeinsamen Chillers aufweist, sodass das Kühlmittel aus dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf wärme über den Chiller des Niedertemperatur-Kühlmittelkreislaufes an das Kältemittel abgeben kann. Dadurch kann, ohne dass ein zusätzlicher Chiller für den Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf vorgesehen ist, das Kühlmittel in den Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf unter die Umgebungstemperatur abgekühlt werden. Dies kann insbesondere bei der Kühlung der Ladeluft vorteilhaft sein.
Eine bevorzugte Möglichkeit sieht vor, dass das Kraftfahrzeug mindestens eine steuerbare Fluidverbindung zwischen einem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf und einem der anderen Kühlmittelkreisläufe aufweist. Dies ermöglicht es, in Startphasen des Kraftfahrzeugs die in dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf und dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf entstehende Abwärme dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf zuzuführen, sodass das Gesamtsystem schneller auf Betriebstemperatur gebracht werden kann. Damit reduziert sich insbesondere die verbrauchsungünstige Kaltstartphase der Brennkraftmaschine. Des Weiteren kann bei niedrigen Außentemperaturen der elektrische Energiespeicher schneller auf Betriebstemperatur gebracht werden.
Eine weitere bevorzugte Möglichkeit sieht vor, dass das Kraftfahrzeug eine steuerbare Fluidverbindung von dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf zu dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf aufweist, um Wärme von dem im Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf eingebundenen Kondensator zu dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf zu transportieren. Somit kann die durch die Wärmepumpe des Kältemittelkreislaufs erzeugte Wärme dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf zugeführt werden, sodass diese Wärme genutzt werden kann, beispielsweise um einen Innenraum des Kraftfahrzeugs aufzuheizen.
Es versteht sich, dass zwei Fluidverbindungen vorgesehen sind, um auch einen Rückfluss von Kühlmittel zu ermöglichen, sodass die Kühlmittelmengen in den Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf und dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf zumindest annähernd konstant bleiben.
Eine günstige Variante sieht vor, dass das Kraftfahrzeug eine steuerbare Fluidverbindung von dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf zu dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf aufweist, um Wärme zwischen dem in dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf eingebundenen elektrischen Energiespeicher und dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf auszutauschen. Dadurch kann entweder eine schnellere Erwärmung bei einem Kaltstart ermöglicht werden. Alternativ kann bei niedrigen Außentemperaturen der elektrische Energiespeicher beheizt werden, um diesen in optimalen Betriebstemperaturfenster zu halten.
Eine weitere besonders bevorzugte Variante sieht vor, dass das Kraftfahrzeug eine Abgaswärmeenergierückgewinnungseinrichtung mit einem Abgaswärmetauscher aufweist, dass das Kraftfahrzeug eine steuerbare Fluidverbindung zwischen dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf und dem Abgaswärmetauscher aufweist, um Wärme von dem Abgaswärmetauscher zu dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf zu transportieren. Dadurch ist eine schnellere Erwärmung bei Kaltstart möglich. Insbesondere die Abgase weisen häufig eine hohe Temperatur auf, die ausgenutzt werden kann, um das Kühlmittel in dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf schneller auf Betriebstemperatur zu bringen. Wenn die stationären Betriebstemperaturen erreicht sind, kann die Fluidverbindung geschlossen werden, so dass keine Wärme vom Abgaswärmetauscher mehr zu dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf transportiert wird.
Die steuerbare Fluidverbindung zwischen dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf und dem Abgaswärmetauscher kann dabei entweder stromauf oder stromab eines Innenraumzuluft-Heizelements vorgesehen sein, bei einer Anordnung stromauf des Innenraumzuluft-Heizelements kann somit eine schnellere Erwärmung des Innenraums des Kraftfahrzeugs erzielt werden. Bei einer Anordnung der Fluidverbindung stromab des Innenraumzuluft-Heizelements kann somit die Aufheizphase der Brennkraftmaschine verkürzt werden.
Eine vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass das Kraftfahrzeug ein Innenraumzuluft-Heizelement in einem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf zum Aufheizen von Innenraumzuluft, die einem Innenraum des Kraftfahrzeugs zugeführt wird, aufweist und dass der Kältemittelkreislauf einen zweiten Kondensator aufweist, der bezogen auf die dem Innenraum zugeführte Innenraumzuluft stromauf des Innenraumzuluft-heizelementes angeordnet ist und die Innenraumzulauf zu erwärmen. Dadurch kann Wärme, die in dem Kältemittelkreislauf durch die Wärmepumpe entsteht, genutzt werden, um die Innenraumluft zu erwärmen und somit den Innenraum schneller aufzuheizen.
Eine weitere vorteilhafte Variante sieht vor, dass das Kraftfahrzeug ein elektrisches Heizelement im Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf stromauf des Innenraumzuluft-Heizelements aufweist. Durch dieses elektrische Heizelement kann, falls die sonstige Wärmeentwicklung des Kraftfahrzeugs nicht ausreicht, die Innenraumzuluft zusätzlich erwärmt werden, um eine ausreichende Temperierung des Innenraums des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen. Durch die mögliche steuerbare Fluidverbindung von dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf zu dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf kann das elektrische Heizelement auch dazu genutzt werden, um den elektrischen Energiespeicher zu heizen. Dadurch kann auf ein zusätzliches Heizelement für den elektrischen Energiespeicher verzichtet werden.
Eine bevorzugte Möglichkeit sieht vor, dass das Kraftfahrzeug einen Bypass umfasst, durch welchen Kühlmittel aus dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf an dem Kondensator vorbeigeführt werden kann. Wenn an dem Kondensator keine Kühlung notwendig ist, kann somit der Strömungswiderstand verringert werden.
Eine weitere bevorzugte Möglichkeit sieht vor, dass das Kraftfahrzeug einen Bypass umfasst, durch welchen Kühlmittel aus dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf an dem Hochtemperaturkühlmittelkühler vorbeigeführt werden kann. Dadurch kann ein schnelleres Aufheizen des Kühlmittels im Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf erreicht werden. Somit kann die Warmlaufphase verkürzt werden.
Eine besonders bevorzugt Möglichkeit sieht vor, dass das Kraftfahrzeug einen Bypass umfasst, durch welchen Kühlmittel aus dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf an dem Abgaswärmetauscher der Abgaswärmeenergierückgewinnungseinrichtung vorbeigeführt werden kann. Nachdem das Kühlmittel im Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf die Betriebstemperatur erreicht hat, kann ein weiteres unnötiges aufheizen des Kühlmittels durch den Abgaswärmetauscher verhindert werden.
Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass das Kraftfahrzeug einen Bypass umfasst, durch welchen Kühlmittel aus dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf an dem Mitteltemperaturkühlmittelkühler vorbeigeführt werden kann. Dadurch kann beispielsweise, wenn die Außentemperatur höher ist als die Temperatur des Kühlmittels im Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf ein unnötiges aufheizen des Kühlmittels verhindert werden.
Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass das Kraftfahrzeug einen Bypass umfasst, durch welchen Kühlmittel aus dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf an dem Chiller des Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislaufs vorbeigeführt werden kann. Wenn das Kühlmitte ausreichend Kalt ist, um den Ladeluftkühler zu kühlen, kann das Kühlmittel an dem Chiller vorbeigeführt werden, und somit die vom Kältemittelkreislauf aufzubringende Kühlleistung zumindest zeitweise verringert werden.
Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass das Kraftfahrzeug einen Bypass umfasst, durch welchen Kühlmittel aus dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf an dem Niedertemperaturkühlmittelkühler vorbeigeführt werden kann. Durch den Chiller im Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf kann es vorkommen, dass die Temperatur des Kühlmittels im Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf niedriger sein kann als die Temperatur der Umgebung. Das Kühlmittel würde dann im Niedertemperaturkühlmittelkühler erwärmt werden. Durch den Bypass kann dies verhindert werden, so dass ein Energieverlust vermieden wird.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch:

1 einen Schaltplan einer ersten Ausführungsform eines Kühlsystems eines Kraftfahrzeugs,
2 einen Schaltplan einer zweiten Ausführungsform eines Kühlsystems eines Kraftfahrzeugs,
3 einen Schaltplan einer dritten Ausführungsform eines Kühlsystems eines Kraftfahrzeugs,
4 einen Schaltplan einer vierten Ausführungsform eines Kühlsystems eines Kraftfahrzeugs,
5 einen Schaltplan einer fünften Ausführungsform eines Kühlsystems eines Kraftfahrzeugs,
6 einen Schaltplan einer sechsten Ausführungsform eines Kühlsystems eines Kraftfahrzeugs,
7 einen Schaltplan einer siebten Ausführungsform eines Kühlsystems eines Kraftfahrzeugs,
8 einen Schaltplan einer achten Ausführungsform eines Kühlsystems eines Kraftfahrzeugs,
9 einen Schaltplan einer neunten Ausführungsform eines Kühlsystems eines Kraftfahrzeugs.

Eine in 1 dargestellte erste Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs weist einen Elektroantrieb 10 zum Antreiben des Kraftfahrzeugs mit einem Elektromotor 12, einem elektrischen Energiespeicher 14 und einer Leistungselektronik 16 auf, über welche der Elektromotor 12 mit elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeicher 14 versorgt wird. Des Weiteren weist das Kraftfahrzeug eine Brennkraftmaschine 18 auf, die vorzugsweise eine Ladeeinrichtung 20 zur Verdichtung von Frischluft, die der Brennkraftmaschine 18 zugeführt wird, beispielsweise einen Turbolader, und einen Ladeluftkühler 22 zur Kühlung der verdichteten Frischluft aufweist. Die Brennkraftmaschine 18 kann dabei entweder dazu dienen, das Kraftfahrzeug ebenfalls anzutreiben, oder einen elektrischen Generator anzutreiben, der wiederum den elektrischen Energiespeicher auflädt oder die elektrische Energie direkt dem Elektromotor zuführt.
Ferner weist das Kraftfahrzeug drei Kühlmittelkreisläufe 23, nämlich einen Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24, einen Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf 26 und einen Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf 28 auf, mit welchem die einzelnen Abwärme produzierenden Elemente des Kraftfahrzeugs gekühlt werden können. In allen Kühlmittelkreisläufen 23 strömt ein Kühlmittel, das über Kühlmittelpumpen angetrieben wird. Vorzugsweise ist in allen drei Kühlmittelkreisläufen 23 das gleiche Kühlmittel enthalten, so dass ein Kühlmittelaustausch zwischen den Kühlmittelkreisläufen möglich ist.
Ferner weist das Kraftfahrzeug einen Kältemittelkreislauf 30 auf, der einen Kompressor 32, einen Kondensator 34, einen Verdampfer 36 und mindestens einen Chiller 38 aufweist, über welchen zumindest einer der Kühlmittelkreisläufe 23 zusätzlich gekühlt werden kann. Der Kältemittelkreislauf 30 arbeitet dabei als Wärmepumpe, so dass mit Hilfe des Kältemittelkreislaufes 30 Temperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur erzeugt werden können.
Der Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 ist sowohl mit der Brennkraftmaschine 18 als auch mit dem Elektromotor 12 des Elektroantriebs 10 gekoppelt. Dadurch kann das Kühlmittel in dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 Wärme sowohl von der Brennkraftmaschine 18 als auch von dem Elektromotor 12 aufnehmen.
Der Elektromotor 12 kann einen Ölkühler 13 aufweisen, welcher in den Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 eingebunden ist, so dass Wärme mit Hilfe des ÖIkühlers 13 von dem Elektromotor 12 in den Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 übertragen werden kann. Alternativ hierzu kann der Elektromotor auch direkt in den Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 eingebunden sein.
Des Weiteren weist der Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 einen Hochtemperaturkühlmittelkühler 40 auf, über welchen Wärme von dem Kühlmittel in dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 auf Luft übertragen werden kann. Dieser Hochtemperaturkühlmittelkühler 40 kann dabei beispielsweise als Radiator ausgebildet sein, beispielsweise als Flachrohrwärmetauscher.
Darüber hinaus kann ein Bypass 41 in dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 vorgesehen sein, der das Kühlmittel an dem Hochtemperaturkühlmittelkühler 40 vorbeiführt. Um den Durchfluss durch den Bypass 41 zu steuern kann ein steuerbares Ventil 43 vorgesehen sein, das dem Hochtemperaturkühlmittelkühler 40 vorgeschaltet ist.
Ferner ist in dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 ein Innenraumzuluft-Heizelement 42 vorgesehen, über welches Innenraumzuluft, die einen Innenraum des Kraftfahrzeugs zugeführt wird, aufgewärmt werden kann. Das Innenraumzuluft-Heizelement 42 ist letztendlich ein Kühlmittelluftwärmetauscher, über welchen Wärme aus dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 an Luft, die das Innenraumzuluft-Heizelement 42 durchströmt, abgeben kann. Somit kann mit Hilfe des Hochtemperatur-Kühlmittelkreislaufes 24 der Innenraum des Kraftfahrzeugs geheizt werden.
Schließlich weist der Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 eine Kühlmittelpumpe 44 und einen Ausgleichsbehälter 46 auf. Darüber hinaus kann an den Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 ein Abgasrückführkühler 47 angebunden sein, mit welchem Abgas, das dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zurückgeführt wird, gekühlt werden kann.
Ferner ist ein Abgaswärmetauscher 48 einer Abgaswärmeenergierückgewinnungseinrichtung 49 in den Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 eingebunden, der zumindest zeitweise von dem Kühlmittel aus dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 durchströmt werden kann, um das Kühlmittel in dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 schneller aufzuheizen. Dazu ist eine steuerbare Fluidverbindung 51 von dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 zu dem Abgaswärmetauscher 48 vorgesehen.
Entsprechend ist ein Bypass 57 in dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 vorgesehen sein, der das Kühlmittel an dem Abgaswärmetauscher 48 vorbeiführt. Um den Durchfluss durch den Bypass 57 zu steuern kann ein steuerbares Ventil 59 vorgesehen sein, das dem Abgaswärmetauscher 48 vorgeschaltet ist.
Der Abgaswärmetauscher 48 kann dabei stromab des Innenraumzuluft-Heizelements 42 und stromauf der Brennkraftmaschine 18 in den Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 eingebunden sein. Dadurch wird eine Priorisierung auf eine Verkürzung der Warmlaufphase erreicht.
Der Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf 26 weist einen Mitteltemperatur-Kühlmittelkühler 52 auf, über welche Wärme von dem Kühlmittel in dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf 26 an Umgebungsluft abgegeben werden kann.
Darüber hinaus kann ein Bypass in dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf 26 vorgesehen sein, der das Kühlmittel an dem Mitteltemperaturkühlmittelkühler 52 vorbeiführt. Um den Durchfluss durch den Bypass zu steuern kann ein steuerbares Ventil vorgesehen sein, das dem Mitteltemperaturkühlmittelkühler 52 vorgeschaltet ist.
Des Weiteren ist in den Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf 26 der Kondensator 34 des Kältemittelkreislaufs 30 eingebunden, um Wärme von dem Kondensator 34 aufzunehmen. Ferner ist auch der Ladeluftkühler 22 in den Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf 26 eingebunden. Der Ladeluftkühler 22 und der Kondensator 34 sind bezogen auf den Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf 26 parallel geschaltet. Dadurch kann die benötigte Kühlleistung am Ladeluftkühler 22 bzw. am Kondensator 34 angepasst werden.
Zur weiteren Absenkung der Temperatur des Kühlmittels im Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf 26 ist vorzugsweise ein Chiller 54 vorgesehen, welcher mit Hilfe des Kältemittels aus dem Kältemittelkreislauf 30 gekühlt wird, so dass Temperaturen unterhalb der Außentemperatur erreicht werden können. Der Chiller 54 ist dabei stromauf des Ladeluftkühlers 22 angeordnet, so dass durch das abgekühlte Kühlmittel im Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf 26 die Ladeluft für die Brennkraftmaschine 18 unter die Außentemperatur abgekühlt werden kann.
Der Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf 26 weist einen Ausgleichsbehälter 46 und eine Kühlmittelpumpe 44 auf. Es versteht sich, dass der Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf 26 auch zwei Kühlmittelpumpen 44 aufweisen kann, um die beiden parallel geschalteten Zweige des Ladeluftkühlers 22 und des Kondensators 34 gezielt separat antreiben zu können. Ferner ist ein steuerbares Ventil 45 stromauf des Ladeluftkühlers 22 und des Kondensators 34 vorgesehen, mit welchen die Durchströmung der beiden Zweige gesteuert werden kann.
Ferner kann ein Bypass 53 in dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf 26 gebildet sein, der das Kühlmittel an dem Chiller 54 vorbeiführen kann. Die Durchströmung des Bypass 53 kann auch durch das steuerbare Ventil 45, das dem Chiller 54 vorgeschaltet ist, oder ein weiteres steuerbares Ventil gesteuert.
Der Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf 28 weist einen Niedertemperatur-Kühlmittelkühler 55 auf, über welchen Wärme von dem Kühlmittel aus dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf 28 an die Umgebungsluft abgegeben werden kann. In den Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf 28 sind der elektrische Energiespeicher 14 und die Leistungselektronik 16 eingebunden und thermisch gekoppelt, so dass das Kühlmittel aus dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf 28 Wärme von dem elektrischen Energiespeicher 14 und der Leistungselektronik 16 aufnehmen kann. Dabei ist die Leistungselektronik 16 stromab des elektrischen Energiespeichers 14 angeordnet, da die zulässigen Betriebstemperaturen bei der Leistungselektronik 16 deutlich höher sind als bei dem elektrischen Energiespeicher 14. Insgesamt kann dadurch eine effizientere Kühlung erzielt werden, da somit eine höhere Temperaturdifferenz innerhalb des Niedertemperatur-Kühlmittelkreislaufes 28 erzielt werden kann, wodurch der Wärmetransport erhöht wird.
In dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf 28 ist der Chiller 38 eingebunden, wodurch mit Hilfe des Kältemittels aus dem Kältemittelkreislauf 30 das Kühlmittel in dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf 28 unter die Umgebungstemperatur abgekühlt werden kann. Dadurch kann der elektrische Energiespeicher 14 ausreicht temperiert bzw. gekühlt werden, auch wenn die Außentemperaturen sommerlich hoch sind.
Durch die Verwendung des Chillers 38 kann es vorkommen, dass die Temperatur des Kühlmittels in den Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf 28 unterhalb der Außentemperatur liegt, so dass das Durchströmen des Niedertemperatur-Kühlmittelkühlers 55 ein Erwärmen des Kühlmittels bewirken würde. Daher ist ein Bypass 56 vorgesehen, mit welchem das Kühlmittel aus dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf 28 an dem Niedertemperatur-Kühlmittelkühler 55 vorbeigeführt werden kann.
Der Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf 28 weist ebenfalls eine Kühlmittelpumpe 44 und einen Kühlmittelausgleichsbehälter 46 auf.
Der Kältemittelkreislauf 30 weist den Kondensator 34 auf, der über den Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf 26 gekühlt wird. Das kondensierte und gekühlte Kühlmittel wird daraufhin zu dem Verdampfer 36 geleitet. Mittels eines Expansionsventils verdampft das Kältemittel in dem Verdampfer 36. Für das Verdampfen wird Wärmeenergie benötigt, die der Luft, die über den Verdampfer 36 strömt, entzogen wird. Die derart abgekühlte Luft kann dazu genutzt werden, eine Temperierung des Innenraums des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen. Das Kältemittel fließt vom Verdampfer 36 zurück zu dem Kompressor 32, wo es erneut komprimiert wird.
Stromab des Kondensators 34 weist der Kältemittelkreislauf 30 zwei weitere parallel zu dem Verdampfer 36 geschaltet Zweige auf. In dem einen ist der Chiller 38 des Niedertemperatur-Kühlmittelkreislaufs 28 und im anderen der Chiller 54 des Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislaufes 26 eingebunden. Die beiden Chiller 38 und 54 arbeiten dabei in ähnlicher Weise wie der Verdampfer 36. Allerdings wird die Wärme dabei dem jeweiligen Kühlmittel anstatt der Innenraumzuluft entzogen.
Bei solchen hocheffizienten elektrisch angetriebenen Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen mit Range Extender ist es insbesondere im Winter und in der Kaltstartphase ungünstig, wenn Abwärme verschwendet wird. Daher sind mehrere steuerbare Fluidverbindungen zwischen den Kühlmittelkreisläufen 23 vorgesehen, die eine optimale Nutzung der Abwärme, insbesondere in der Kaltstartphase ermöglichen.
Eine steuerbare Fluidverbindung 58 ist zwischen Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 und dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf 28 vorgesehen. Gesteuert werden kann diese steuerbare Fluidverbindung 58 beispielsweise durch ein steuerbares Ventil 60. Alternativ kann auch ein selbstregelndes Thermostatventil genutzt werden. Dabei ist ein Zulauf 62 von dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 zu den Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf 28 stromauf des elektrischen Energiespeichers 14 vorgesehen. Ein Rücklauf 64 von dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf 28 zu dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 ist stromab des elektrischen Energiespeichers 14 vorgesehen. Diese steuerbare Fluidverbindung 58 ermöglicht es also die Durchströmung des elektrischen Energiespeichers 14 mit Kühlmittel aus dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24. Dadurch kann bei Bedarf der elektrische Energiespeicher 14 mittels des Hochtemperatur-Kühlmittelkreislaufes 24 erwärmt werden, um beispielsweise bei winterlichen Temperaturen den elektrischen Energiespeicher 14 innerhalb des zulässigen Temperaturbereichs zu halten.
Alternativ kann mit Hilfe der steuerbaren Fluidverbindung 58 Kühlmittel aus dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf 28, das durch den elektrischen Energiespeicher 14 stark erwärmt, insbesondere über die Temperatur des Hochtemperatur-Kühlmittelkreislaufes 24 erwärmt wurde, in den Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 geleitet werden, um ein schnelleres Aufheizen des Hochtemperatur-Kühlmittelkreislaufes zu ermöglichen. Dies ist insbesondere in Kaltstartphasen relevant.
Des Weiteren ist eine steuerbare Fluidverbindung 66 zwischen dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreis 24 und dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf 26 vorgesehen. Diese steuerbare Fluidverbindung 66 wird beispielsweise durch ein steuerbares Ventil 68 gesteuert. Diese steuerbare Fluidverbindung 66 weist einen Zufluss 70 von dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 zu dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreis 26 stromauf des Kondensators 34 auf. Ferner weist die steuerbare Fluidverbindung 66 einen Rücklauf 72 von dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf 26 zurück zum Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 stromab des Kondensators 34 auf. Dadurch kann die durch die Wärmepumpe des Kältemittelkreislaufs 30 produzierte Abwärme genutzt werden, um den Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 schneller aufzuheizen und somit das Kraftfahrzeug schneller zu erwärmen, insbesondere den Innenraum des Kraftfahrzeugs schneller aufzuheizen.
Eine weitere steuerbare Fluidverbindung 66 zwischen dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 und dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreis 26 kann an dem Ladeluftkühler 22 vorgesehen sein, die im Ladeluftkühler 22 aufgenommene Wärme nutzbar zu machen.
Eine in 2 dargestellte zweite Ausführungsform des Kraftfahrzeugs unterscheidet sich von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform des Kraftfahrzeugs dadurch, dass ein elektrisches Heizelement 73 vorgesehen ist, der das Kühlmittel in dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 stromauf des Innenraumzuluft-Heizelements 42 wärmt. Dadurch kann, wenn die Elemente des Kraftfahrzeugs nicht genügend Abwärme produzieren, um den Innenraum des Kraftfahrzeugs ausreichend zu heizen, dennoch eine ausreichende Temperierung des Innenraums erzielt werden. Dies ermöglicht insbesondere auch ein schnelleres Aufheizen des Innenraums nach einem Kaltstart.
Durch die steuerbare Fluidverbindung 58 von dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 zu dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf 28 kann das elektrische Heizelement 73 auch dazu genutzt werden, um den elektrischen Energiespeicher 14 zu heizen. Dadurch kann auf ein zusätzliches Heizelement für den elektrischen Energiespeicher 14 verzichtet werden.
Im Übrigen stimmt die in 2 dargestellte zweite Ausführungsform des Kraftfahrzeugs mit der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform des Kraftfahrzeugs hinsichtlich Aufbau und Funktion überein, auf deren vorstehenden Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 3 dargestellte dritte Ausführungsform des Kraftfahrzeugs unterscheidet sich von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform des Kraftfahrzeugs dadurch, dass die steuerbare Fluidverbindung 51 zu dem Abgaswärmetauscher 48 stromauf des Innenraumzuluft-Heizelements 42 angeordnet ist. Dadurch wird die Wärme mittels des Abgaswärmetauschers 48 aus dem Abgas in den Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 unmittelbar vor den Innenraumzuluft-Heizelement 42 geleitet, so dass mit dieser Schaltung eine Priorisierung auf der Aufheizung des Innenraums gegeben ist.
Im Übrigen stimmt die in 3 dargestellte dritte Ausführungsform des Kraftfahrzeugs mit der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform des Kraftfahrzeugs hinsichtlich Aufbau und Funktion überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 4 dargestellte vierte Ausführungsform des Kraftfahrzeugs unterscheidet sich von der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform des Kraftfahrzeugs dadurch, dass der Ladeluftkühler 22 und der Kondensator 34 bezogen auf den Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf 26 in Reihe zueinander geschalten sind. Dabei wird zunächst der Kondensator 34, gegebenenfalls der Chiller 54 und daraufhin der Ladeluftkühler 22 und zum Schluss der Mitteltemperatur-Kühlmittelkühler 52 durchströmt.
Ferner kann ein Bypass 35 in dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf 26 gebildet sein, der das Kühlmittel an dem Kondensator 34 vorbeiführen kann. Die Durchströmung des Bypass 35 wird durch das steuerbare Ventil 45, das dem Chiller 54 vorgeschaltet ist, und durch das steuerbare Ventil 68, das dem Kondensator 34 vorgeschaltet ist, gesteuert.
Im Übrigen stimmt die in 4 dargestellte vierte Ausführungsform des Kraftfahrzeugs mit der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform des Kraftfahrzeugs hinsichtlich Aufbau und Funktion überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 5 dargestellte fünfte Ausführungsform des Kraftfahrzeugs unterscheidet sich von der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform des Kraftfahrzeugs dadurch, dass der Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf 28 keinen eigenen Niedertemperatur-Kühlmittelkühler 55 aufweist. Stattdessen sind zwei Steuerventile 74 vorgesehen, mit welchen das Kühlmittel aus dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf 28 durch den Mitteltemperatur-Kühlmittelkühler 52 geleitet werden kann.
Das Steuerventil 74 steuert eine steuerbare Fluidverbindung 75 zwischen dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf 28 und dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf 26 vorgesehen. Dabei ist ein Zulauf 77 von dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 zu dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf 26 stromauf Mitteltemperatur-Kühlmittelkühler 52 vorgesehen. Ferner ist ein Rücklauf 79 von dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf 26 zurück zu dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf 28 stromab des Mitteltemperatur-Kühlmittelkühler 52 vorgesehen.
Im Übrigen stimmt die in 5 dargestellte fünfte Ausführungsform des Kraftfahrzeugs mit der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform des Kraftfahrzeugs hinsichtlich Aufbau und Funktion überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 6 dargestellte sechste Ausführungsform des Kraftfahrzeugs unterscheidet sich von der in 5 dargestellten fünften Ausführungsform des Kraftfahrzeugs dadurch, dass stromauf des Mitteltemperatur-Kühlmittelkühlers 52 ein Vierwegeventil 81 vorgesehen ist, mit dem der Zufluss mit Kühlmittel aus dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf 28 und aus dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf 26 durch den Mitteltemperatur-Kühlmittelkühler 52 oder durch den Bypass 56 gesteuert wird.
Im Übrigen stimmt die in 6 dargestellte sechste Ausführungsform des Kraftfahrzeugs mit der in 5 dargestellten fünften Ausführungsform des Kraftfahrzeugs hinsichtlich Aufbau und Funktion überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 7 dargestellte siebte Ausführungsform des Kraftfahrzeugs unterscheidet sich von der in 5 dargestellten fünften Ausführungsform des Kraftfahrzeugs dadurch, dass der Chiller 38 des Niedertemperatur-Kühlmittelkreislaufes 28 auch für den Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf 26 genutzt wird. Somit kann auf einen Chiller verzichtet werden, wodurch Bauraum und Kosten eingespart werden.
Um dies zu ermöglichen ist eine steuerbare Fluidverbindung 76 zwischen dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf 28 und dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf 26 vorgesehen. Dabei ist ein Zulauf 78 von dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf 26 zu dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 stromauf des Chillers 38 vorgesehen. Ferner ist ein Rücklauf 80 von dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf 28 zurück zu dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf 26 stromab des Chillers 38 vorgesehen. Dadurch kann je nach Bedarf, Kühlmittel aus dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf 26 durch den Chiller 38 geleitet werden, um eine niedrigere Temperatur des Kühlmittels in dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf 26 zu erzielen.
Im Übrigen stimmt die in 7 dargestellte siebte Ausführungsform des Kraftfahrzeugs mit der in 5 dargestellten fünften Ausführungsform des Kraftfahrzeugs hinsichtlich Aufbau und Funktion überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 8 dargestellte achte Ausführungsform des Kraftfahrzeugs unterscheidet sich von der in 7 dargestellten siebten Ausführungsform des Kraftfahrzeugs dadurch, dass ein zweiter Kondensator 82, der auch Wärmepumpenheizer bezeichnet werden kann, vorgesehen ist, welcher in dem Zuluftstrom der Innenraumzuluft angeordnet ist. Dadurch kann die Wärme, die durch die Wärmepumpe des Kältemittelkreislaufes 30 entsteht bzw. freigesetzt wird, direkt an die Innenraumzuluft abgegeben werden. Dies ermöglicht insbesondere eine sehr gezielte Erwärmung des Innenraums des Kraftfahrzeugs. Insbesondere wird die im Kältemittelkreislauf 30 erzeugte Wärme nicht an die Umgebung verschwendet.
Im Übrigen stimmt die in 8 dargestellte achte Ausführungsform des Kraftfahrzeugs mit der in 7 dargestellten siebten Ausführungsform des Kraftfahrzeugs hinsichtlich Aufbau und Funktion überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 9 dargestellte neunte Ausführungsform des Kraftfahrzeugs unterscheidet sich von der in 8 dargestellten achten Ausführungsform des Kraftfahrzeugs dadurch, dass ein elektrisches Heizelement 73 vorgesehen ist, mit welchem das Kühlmittel aus dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf 24 unmittelbar vor dem Innenraumzuluft-Heizelement 42 aufgeheizt werden kann.
Im Übrigen stimmt die in 9 dargestellte neunte Ausführungsform des Kraftfahrzeugs mit der in 8 dargestellten achten Ausführungsform des Kraftfahrzeugs hinsichtlich Aufbau und Funktion überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.

Claims

Kraftfahrzeug - mit einem Elektroantrieb (10) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, der einen Elektromotor (12), einen elektrischen Energiespeicher (14), und eine Leistungselektronik (16) aufweist, über welche der Elektromotor (12) mit elektrischer Energie versorgt wird, - mit einer Brennkraftmaschine (18), die eine Ladeeinrichtung (20) für die Brennkraftmaschine (18) zur Verdichtung von Frischluft, die der Brennkraftmaschine (18) zugeführt wird, beispielsweise einen Turbolader, und einen Ladeluftkühler (22) zur Kühlung der verdichteten Frischluft aufweist, - mit mindestens zwei Kühlmittelkreisläufen (23), und einem Kältemittelkreislauf (30), der einen Kompressor (32), einen Kondensator (34), einen Verdampfer (36) und mindestens einen Chiller (38) aufweist, über welchen zumindest einer der Kühlmittelkreisläufe (23) gekühlt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Kühlmittelkreisläufe (23) mit mindestens zwei Abwärme produzierenden Elementen des Kraftfahrzeugs zur Kühlung der jeweiligen Elemente thermisch gekoppelt ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Kühlmittelkreisläufe (23, 24, 26, 28) mit mindestens jeweils zwei Elementen des Kraftfahrzeugs zur Kühlung der jeweiligen Elemente thermisch gekoppelt sind.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - dass das Kraftfahrzeug einen Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf (24) aufweist, - dass der Hochtemperatur- Kühlmittelkreislauf (24) zur Kühlung der Brennkraftmaschine (18) mit der Brennkraftmaschine (18) thermisch gekoppelt ist, und - dass der Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf (24) zur Kühlung des Elektromotors (12) mit dem Elektromotor (12) thermisch gekoppelt ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf (24) einen HochtemperaturKühlmittelkühler (40) aufweist, über welchen Wärme von dem Kühlmittel in dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf (24) auf Luft übertragen werden kann.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, - dass das Kraftfahrzeug einen Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf (26) aufweist, - dass der Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf (26) zur Kühlung des Kondensators (34) mit dem Kondensator (34) thermisch gekoppelt ist und, - dass der Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf (26) zur Kühlung des Ladeluftkühlers (22) mit dem Ladeluftkühler (22) thermisch gekoppelt ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet - dass der Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf (26) einen Mitteltemperatur-Kühlmittelkühler (52) aufweist, über welchen Wärme von dem Kühlmittel in dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf (26) auf Luft übertragen werden kann und/oder - dass in den Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf (26) ein Chiller (54) eingebunden ist, in welchem Wärme von dem Kühlmittel in dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf (26) auf das Kältemittel im Kältemittelkreislauf (30) übertragen werden kann.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, - dass das Kraftfahrzeug einen Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf (28) aufweist, - dass der Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf (28) zur Kühlung des elektrischen Energiespeichers (14) thermisch mit dem elektrischen Energiespeicher (14) gekoppelt ist, und - dass der Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf (28) zur Kühlung der Leistungselektronik (16) stromab des elektrischen Energiespeichers (14) thermisch mit der Leistungselektronik (16) gekoppelt ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, - dass in den Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf (28) ein Chiller (38) eingebunden ist, in welchem Wärme von dem Kühlmittel in dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf (28) auf das Kältemittel (30) übertragen werden kann.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, - dass der Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf (28) einen Niedertemperatur-Kühlmittelkühler (55) aufweist, über welchen Wärme von dem Kühlmittel in dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf (28) auf Luft übertragen werden kann.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 5 oder 6 und einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug mindestens eine steuerbare Fluidverbindung (76) zwischen dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf (28) und den Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf (26) aufweist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug für den Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf (28) und den Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf (26) einen gemeinsamen Kühlmittelkühler (52) aufweist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug eine steuerbare Fluidverbindung (75, 77) von dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf (28) zu dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf (26) stromauf des Mitteltemperatur-Kühlmittelkühlers (52) und eine steuerbare Fluidverbindung (75, 79) von dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf (26) zu dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf (28) stromab des Mitteltemperatur-Kühlmittelkühlers (52) aufweist, so dass das Kühlmittel aus dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf (28) Wärme über den Mitteltemperatur-Kühlmittelkühler (52) abgeben kann.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug für den Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf (28) und für den Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf (26) einen gemeinsamen Chiller (38) aufweist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug eine steuerbare Fluidverbindung (76, 78) von dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf (26) zu dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf (28) stromauf des gemeinsamen Chillers (38) und eine steuerbare Fluidverbindung (76, 80) von dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf (28) zu dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf (26) stromab des gemeinsamen Chillers (38) aufweist, sodass das Kühlmittel aus dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf (26) Wärme über den Chiller (38) des Niedertemperatur-Kühlmittelkreislaufes (28) an das Kältemittel abgeben kann.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug mindestens eine steuerbare Fluidverbindung (58, 66) zwischen einem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf (24) und einem der anderen Kühlmittelkreisläufe (26, 28) aufweist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, - dass das Kraftfahrzeug ein Innenraumzuluft-Heizelement (42) in einem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf (24) zum Aufheizen von Innenraumzuluft, die einem Innenraum des Kraftfahrzeugs zugeführt wird, aufweist, und vorzugsweise - dass der Kältemittelkreislauf (30) einen zweiten Kondensator (82) aufweist, der bezogen auf die dem Innenraum zugeführte Innenraumzuluft stromauf des Innenraumzuluft-Heizelements (42) angeordnet ist, um die Innenraumzuluft zu erwärmen, und vorzugsweise - dass das Kraftfahrzeug ein elektrisches Heizelement (73) im Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf stromauf des Innenraumzuluft-Heizelements (42) aufweist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, - dass das Kraftfahrzeug einen Bypass (35) umfasst, durch welchen Kühlmittel aus dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf (26) an dem Kondensator (34) vorbeigeführt werden kann, und/oder - dass das Kraftfahrzeug einen Bypass (41) umfasst, durch welchen Kühlmittel aus dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf (24) an dem Hochtemperaturkühlmittelkühler (40) vorbeigeführt werden kann, und/oder - dass das Kraftfahrzeug einen Bypass (57) umfasst, durch welchen Kühlmittel aus dem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf (24) an dem Abgaswärmetauscher (48) der Abgaswärmeenergierückgewinnungseinrichtung (49) vorbeigeführt werden kann, und/oder - dass das Kraftfahrzeug einen Bypass umfasst, durch welchen Kühlmittel aus dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf (26) an dem Mitteltemperaturkühlmittelkühler (52) vorbeigeführt werden kann, und/oder - dass das Kraftfahrzeug einen Bypass (53) umfasst, durch welchen Kühlmittel aus dem Mitteltemperatur-Kühlmittelkreislauf (26) an dem Chiller (54) vorbeigeführt werden kann, und/oder - dass das Kraftfahrzeug einen Bypass (56) umfasst, durch welchen Kühlmittel aus dem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf (28) an dem Niedertemperatur-kühlmittelkühler (55) vorbeigeführt werden kann.